二、解答题
1、解:(Ⅰ)由题意知,函数f(x)的定义域为(0,+∞),方程f′(x)=0在(0,+∞)有两个不同根; 即方程lnx﹣ax=0在(0,+∞)有两个不同根;
(解法一)转化为函数y=lnx与函数y=ax的图象在(0,+∞)上有两个不同交点,
如右图.
可见,若令过原点且切于函数y=lnx图象的直线斜率为k,只须0<a<k. 令切点A(x0,lnx0), 故
,又
,故
,解得,x0=e, 故
,
故.??4分
(解法二)转化为函数
与函数y=a的图象在(0,+∞)上有两个不同交点.
又,
即0<x<e时,g′(x)>0,x>e时,g′(x)<0, 故g(x)在(0,e)上单调增,在(e,+∞)上单调减. 故g(x)极大=g(e)=;
又g(x)有且只有一个零点是1,且在x→0时,g(x)→﹣∞,在在x→+∞时,g(x)→0,
故g(x)的草图如右图,
可见,要想函数只须
. ??4分
与函数y=a的图象在(0,+∞)上有两个不同交点,
(解法三)令g(x)=lnx﹣ax,从而转化为函数g(x)有两个不同零点, 而
(x>0),
若a≤0,可见g′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,所以g(x)在(0,+∞)单调增,
此时g(x)不可能有两个不同零点. 若a>0,在所以g(x)在=
,
时,g′(x)>0,在
上单调增,在
时,g′(x)<0,
上单调减,从而
又因为在x→0时,g(x)→﹣∞,在在x→+∞时,g(x)→﹣∞, 于是只须:g(x)极大>0,即综上所述,
(Ⅱ)因为
. ??4分
等价于1+λ<lnx1+λlnx2.
,所以
.
由(Ⅰ)可知x1,x2分别是方程lnx﹣ax=0的两个根, 即lnx1=ax1,lnx2=ax2
所以原式等价于1+λ<ax1+λax2=a(x1+λx2),因为λ>0,0<x1<x2, 所以原式等价于
.
又由lnx1=ax1,lnx2=ax2作差得,
,即.
所以原式等价于,
因为0<x1<x2,原式恒成立,即
恒成立.
令,t∈(0,1),
则不等式
令
在t∈(0,1)上恒成立. ??8分
,
又=,
2
当λ≥1时,可见t∈(0,1)时,h′(t)>0,
所以h(t)在t∈(0,1)上单调增,又h(1)=0,h(t)<0在t∈(0,1)恒成立,符合题意.
222
当λ<1时,可见t∈(0,λ)时,h′(t)>0,t∈(λ,1)时h′(t)<0,
所以h(t)在t∈(0,λ)时单调增,在t∈(λ,1)时单调减,又h(1)=0, 所以h(t)在t∈(0,1)上不能恒小于0,不符合题意,舍去. 综上所述,若不等式
2
恒成立,只须λ≥1,又λ>0,所以λ≥1. ?12分
22
4x?a?4lnx)(3x?1)?3(4x?a)lnxx2、(Ⅰ)f?(x)? --------------1分
(3x?1)2(由题设f?(1)?1,∴
4?a?1 ?a?0. -------------2分 4(Ⅱ)f(x)?4xlnx1?????,f(x)?m(x?1),即4lnx?m?3x??2? ,?x??1 3x?1x??设g?x??4lnx?m?3x???1????,g(x)?0. ?2?,即?x??1 x?41??3mx2?4x?m? g??1??4-4m ----------------------------3分 g??x???m?3?2??2xx?x?①若m?0,g?(x)?0,g(x)?g(1)?0,这与题设g(x)?0矛盾
2?4?3m2②若m??0,1?当x?(1,),g?(x)?0,g(x)单调递增,g(x)?g(1)?0,与题设
3m矛盾.
③若m?1,当x?(1,??),g?(x)?0,g(x)单调递减,g(x)?g(1)?0,即不等式成立 综上所述,m?1 .------------------------------------------------------------------------7分
(Ⅲ)由(Ⅱ)知,当x?1时, m?1时,lnx??3x??2?成立. ---------------9分
4?x? 不妨令x?1?1?4i?14i?116i,i?N*所以ln, ?4i?34i?3?4i?1??4i?3?
ln4?116?4?3?4?1??4?3?ln4?2?116?2 ?4?2?3?4?2?1??4?2?3?ln4?3?116?3 ?4?3?3?4?3?1??4?3?3?
…………ln 累加可得
4n?116n?4n?3?4n?1??4n?3?
∴ln(4n?1)?16 (n?N? ?4i?1??4i?3?i?1ni*) ---------------12分
12ax2?(1?2a)x?1(2ax?1)(x?1)?3、(Ⅰ)f?(x)?2ax?(1?2a)??,????1分
xxx当a?0时,由f?(x)?0,得x1??
①当?1,x2?1,又x?[1,2],则有如下分类: 2a11≥2,即?≤a?0时, f(x)在[1,2]上是增函数, 2a4max所以f(x)②当1??在(??f(2)?2?ln2.
???????????????????2分
1111?2,即??a??时,f(x)在[1,?)上是增函数, 2a242a1,2]上是减函数, 2a11)?1??ln(?2a). ??????????????????3分 所以f(x)max?f(?2a4a③当?11≤1,即a≤?时,f(x)在[1,2]上是减函数, 2a2max所以f(x)?f(1)?1?a.
??????????????????4分
综上,函数f(x)在[1,2]上的最大值为
f(x)max1?2?ln2,(?≤a?0)?4?111???1??ln(?2a),(??a??), ?????????????5分
24?4a1?1?a,(a≤?)?2?
(Ⅱ)设M(x0,y0),则点N的横坐标为x0?直线AB的斜率k1?x1?x2, 2y1?y21?[a(x12?x22)?(1?2a)(x1?x2)?lnx2?lnx1]
x1?x2x1?x2lnx2?lnx1,?????????????7分
x1?x2?a(x1?x2)?(1?2a)?
C在点N处的切线斜率 k2?f?(x0)?2ax0?(1?2a)?21, ?a(x1?x2)?(1?2a)?x0x1?x2假设曲线C在点N处的切线平行于直线AB,则k1?k2, 即
lnx2?lnx12,?????????????8分 ??x1?x2x1?x22(x2?1)x22(x2?x1)x1??所以ln ,
x2x1x1?x21?x1不妨设x1?x2,
2(t?1)x2,???????????10分 ?t?1,则lnt?1?tx1令g(t)?lnt?2(t?1)1?t(t?1),g?(t)????0, 22t(1?t)t(1?t)2(t?1)1?t不成立,
14(t?1)2所以g(t)在(1,??)上是增函数,又g(1)?0,所以g(t)?0,即lnt?所以曲线C在点N处的切线不平行于直线AB. ??????????12分 4、解:(Ⅰ)设切点为
,
,
依题意即
解得 3分
所以当变化时,
与
,.
的变化情况如下表:
所以在上单调递增,在,理由如下:
6分
上单调递减. 5分
(Ⅱ)存在